DE2357301C3 - Arrangement for light and / or heat controlled magneto-optical memory - Google Patents
Arrangement for light and / or heat controlled magneto-optical memoryInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung für licht- und/oder wärmegesteuerte magnetooptische Speicher in einem äußeren Magnetfeld.The invention relates to an arrangement for light and / or heat controlled magneto-optical Storage in an external magnetic field.
Die Verwendung von magnetooptischen Speichermaterialien, wie z. B. Mangan-Wismut'i oder Eisengranat in Form von dünnen Filmen zur löschbaren Speicherung von optisch angebotener Information in optischen Speichersystemen ist bekannt (IEEE Trans Mag-9, 66 (1973), MnBi Films for Magnetooptic Recording; Appl. Phys. Lett 20,451 (1972), Thermomagnetic Recording in Thin Garnet Layers). Das Speichermaterial wird senkrecht zur Speicherebene entweder in positiver oder negativer Richtung magnetisiert. Einer bestimmten Verteilung der Magnetisierung in der Schicht entspricht ein bestimmter Informationszustand, z. B. stellt ein in positiver Richtung magnetisierter Bereich eine binäre Informationseinheit »1« dar, während ein in umgekehrter Richtung magnetisierter Bereich eine binäre »0« repräsentiert oder umgekehrt.The use of magneto-optical storage materials, such as. B. Manganese bismuth or iron garnet in the form of thin films for the erasable storage of optically presented information in optical storage systems is known (IEEE Trans Mag-9, 66 (1973), MnBi Films for Magnetooptic Recording; Appl. Phys. Lett 20, 451 (1972) Thermomagnetic Recording in Thin Garnet Layers). The storage material becomes perpendicular to the storage level magnetized either in positive or negative direction. A certain distribution of magnetization in the layer corresponds a certain information state, e.g. B. represents a magnetized in the positive direction Area represents a binary information unit "1", while one is magnetized in the opposite direction Range represents a binary "0" or vice versa.
Das Speichermaterial wird dabei in eine Vielzahl von magnetischen Domänen, die Speicherplätze, unterteilt, deren Magnetisierungszustand den Informationszustand darstellt. In der Praxis liegt die Ausdehnung eines Speicherplatzes im Bereich von 1 bis 10 μΐη. Es werden also Speicherdichten von 10* bit/cm2 oder mehr erreicht.The storage material is subdivided into a multitude of magnetic domains, the storage locations, the state of magnetization of which represents the state of information. In practice, the extent of a storage space is in the range from 1 to 10 μΐη. Storage densities of 10 * bit / cm 2 or more are thus achieved.
Das Einschreiben von Information geschieht dadurch, daß ein fokussierter Laserstrahl auf einen Speicherplatz gerichtet wird. Dabei wird durch die absorbierte l.ichtenergie das Speichermaterial im Bereich der beleuchteten Zone erwärmt. Die Erwärmung bewirkt eine starke Krniedrigung des Anisotropiefeldes im beleuchteten Hereich. Die Stabilität der Richtung der vorhandenen Magnetisierung verringert sich dadurch. Das ermöglicht ein Umschalten der Magnetisierungsrichtung in den beleuchteten Bereichen durch ein pauschales äußeres Magnetfeld. In der Praxis arbeitet man dabei vornehmlich im Bereich des Curiepunktes (Mangan-Wismuth). Vorteilhaft kann das örtliche iherniomagnetische Umschalten auch an einem eventuell vorhandenen Kompensationspunkt erfolgen (z. B. in Granaten). Nach Abschalten des Laserstrahles während der Abkühlung wird eine hohe Stabilität der neuen Magnetisierungsrichtung wiederhergestellt Dieser Vorgang der Erwärmung und Abkühlung muß wegen der Kleinheit eines Speicherplatzes sehr schnell erfolgen, damit eine Magnetisierungsumkehr in einem Speicherplatz erreicht wird, ehe die zugeführte Wärmeenergie in Nachbarbereiche abgeflossen ist Bei praktischen Materialien wie z. B. bei Eisengranaten liegt diese Zeit für die angestrebte Größe eines Speicherplatzes unter 10 us. Dabei muß typisch etwa eine Energie von 0.1 bis 1 erg pro Speicherplatz zugeführt werden, um die benötigte Temperaturerhöhung zu erzielen. Dies bedeutet daß für das Einschreiben von Information in einen Speicherplatz, z. B. innerhalb von 1 μ5 eine Laserleistung von wenigstens 10—100 mW erforderlich ist In praktischen Speichersystemen wird angestrebt, große Informationsmengen in kurzer Zeit einzuschreiben. Dies wird dadurch erreicht daß z. B. eine größere Zahl von Speicherplätzen parallel geschaltet werden. Man erkennt, daß wegen der erforderlichen Schaltleistung dann aber sehr große Laserleistungen erforderlich werden, die nur noch von teuren Lasern hoher Ausgangsleistung geliefert werden können.Information is written in by a focused laser beam on a memory location is judged. The absorbed light energy causes the storage material in the area of the heated zone. The warming causes a strong lowering of the anisotropy field in the illuminated Hereich. This reduces the stability of the direction of the existing magnetization. This enables the direction of magnetization in the illuminated areas to be switched by a general external magnetic field. In practice one works primarily in the area of the Curie point (Manganese bismuth). The local herniomagnetic switching can also be advantageous at one existing compensation point (e.g. in grenades). After switching off the laser beam during After cooling, a high stability of the new direction of magnetization is restored. This process the heating and cooling must take place very quickly due to the small size of a storage space, so that a magnetization reversal is achieved in a storage space before the supplied thermal energy in Adjacent areas has flowed off. B. with iron grenades this time is for the desired size of a storage space under 10 us. Typically, an energy of 0.1 to 1 erg per storage space can be added in order to achieve the required temperature increase. this means that for the writing of information in a memory location, e.g. B. within 1 μ5 a Laser power of at least 10-100 mW is required. In practical storage systems, the aim is to to write large amounts of information in a short time. This is achieved in that, for. B. a bigger one Number of storage locations can be connected in parallel. It can be seen that because of the required switching capacity but then very high laser powers are required, which are only higher with expensive lasers Output power can be delivered.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die zum Schalten bekannter magnetooptischer Materialien erforderliche Lichtenergie herabzusetzen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß das magnetooptische Material des Speichers mit einer vom Steuerstrahl beaufschlagbaren photoleitenden Schicht versehen ist, die mittels auf ihr aufgebrachter Elektroden durch eine Strom- oder Spannungsquelle steuerbar ist. Mit Hilfe eines Photoleiters als lichtempfindlichem Schaltelement wird die eigentliche Energie zum Schalten eines Speicherplatzes nicht mehr aus der Lichtenergie, sondern aus einer elektrischen Quelle bezogen.The aim of the present invention is to provide that which is necessary for switching known magneto-optical materials Decrease light energy. This is achieved according to the invention in that the magneto-optical The material of the memory is provided with a photoconductive layer that can be acted upon by the control jet which can be controlled by a current or voltage source by means of electrodes attached to it. With the help of a photoconductor as a light-sensitive switching element, the actual energy becomes Switching a storage location no longer from light energy, but from an electrical source based.
Neben der Erhöhung der Lichtempfindlichkeit liegt der besondere Vorteil der Anordnung noch darin, daß durch die elektronische Erwärmung die zum Schalten erforderliche Leistung nicht mehr durch Absorption von Licht im magnetooptischen Material gewonnen werden muß und daher die Zusammensetzung des magnetischenIn addition to increasing the photosensitivity, the particular advantage of the arrangement is that Due to the electronic heating, the power required for switching is no longer due to the absorption of Light in the magneto-optical material must be obtained and therefore the composition of the magnetic
r)0 Materials im Hinblick auf ein maximales Auslesesignal
optimiert werden kann, also z. B. in Richtung auf möglichst geringe Lichtabsorption bei möglichst großem
Faraday-Effekt.
Dieses ist z. B. von besonderem Vorteil bei Bi-substi- r ) 0 material can be optimized in terms of a maximum readout signal, so z. B. in the direction of the lowest possible light absorption with the largest possible Faraday effect.
This is e.g. B. of particular advantage with bi-substituted
r>r> tuierten ferrimagnetischen Granatfilmen, die bisher für thermomagnetisches Schalten in Pb-haltigen Schmelzen gezüchtet wurden, um eine für die Erwärmung genügende Lichtabsorption durch Pb-Einbau zu erreichen. Diese Schichten können nun Pb-frei hergestellt r > r > tuated ferrimagnetic garnet films, which were previously grown for thermomagnetic switching in Pb-containing melts in order to achieve sufficient light absorption for heating by incorporating Pb. These layers can now be produced Pb-free
Mt werden, wodurch das Lesesignal wesentlich erhöht wird, da dieses wesentlich durch den Bi-Gehalt bestimmt ist.Mt, which significantly increases the read signal, since this is essentially determined by the Bi content.
Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel dar. Es zeigt:The drawing represents an exemplary embodiment. It shows:
F i g. 1 eine magnetooptische Speicheranordnung zurF i g. 1 a magneto-optical memory device for
»ι Erläuterung»Ι Explanation
F i g. 2 und i Speichel anordnungen mit Photoleitern. Hei der Speicheranordnung nach F i g. 1 ist die inagnetooptische Speicherplatte SP von einer Spule SM F i g. 2 and i Saliva arrangements with photoconductors. Hei of the memory arrangement according to FIG. 1 is the magneto-optical storage disk SP from a reel SM
zur Erzeugung eines äußeren Magnetfeldes umgeben. Die Speicherplatte SP kann je nach Stromrichtung der Stromquelle SQ in positiver oder negativer Richtung magnetisiert v/erden.to generate an external magnetic field. The storage disk SP can be magnetized in a positive or negative direction depending on the direction of current from the current source SQ.
Der auf einen Speicherplatz, z. B. eine Domäne SD ■> gerichtete Laserstrahl LS dient zum Einschreiben von Information. Die Umschaltung der Magnetisierungsrichtung in den beleuchteten Bereichen erfolgt durch das von der Spule SMerzeugte pauschale Magnetfeld.The on a storage space, z. B. a domain SD ■> directed laser beam LS is used to write information. The direction of magnetization in the illuminated areas is switched over by the general magnetic field generated by the coil SM.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist das auf ι ο einem Substrat i angebrachte magnetooptische Material 2, z. B. das erwähnte Eisengranat, zunächst mit einer für das Licht durchlässigen Elektrode 3 versehen. Auf der Elektrode 3 befindet sich ein Photoleiter 4, wie z. B. Cadmiumsulfid, der auf seiner Oberfläche erneut mit einer transparenten Elektrode 5 beschichtet ist. Zum Schalten des magnetooptischen Materials 2 wird nun die zu schaltende Fläche der Mehrschichtanordnung durch einen ablenkbaren Laserstrahl 6 belichtet. Dadurch wird der Photoleiter 4 an der belichteten Stelle leitend. Wird nun an die transparenten Elektroden 3,5 eine Spannung angelegt, dann fließt im Photoleiter 4 ein Strom, dessen Stärke von der eingestrahlten Lichtleistung abhängt. Hierbei wird angenommen, daß der Widerstand des Photoleiters 4 im unbeleuchteten Zustand einen so hohen Wert besitzt, daß unbeleuchtete Zonen nichtleitend bleiben. Entsprechend dem Produkt Strom χ Spannung wird im Photoleiter 4 eine Leistung umgesetzt, die zur Erwärmung des Photoleiters an der beleuchteten Stelle führt. Neben dem Schalten mit einer so Gleichspannungsquelle 7 ist eine effektive Erzeugung von Verlustwärme in Photoleitern auch mit Wechselspannung bzw. Hochfrequenzspannung möglich, besonders dann, wenn dadurch Resonanzbewegungen der durch Licht freigesetzten Ladungsträger angeregt werden. Dadurch kann das Verhältnis von elektrischer Leistung zur Lichtleistung noch erhöht werden. Die produzierte Wärme fließt durch Wärmeleistung in den angrenzenden Bereich des magnetooptischen Speichermaterials, so daß dieses ebenfalls erwärmt wird. Durch «> die anliegende Spannung kann dabei die erzeugte Wärmeenergie so eingestellt werden, daß eine genügende Temperaturerhöhung im Speichermaterial 2 entsteht. Eine kurzzeitige Temperaturerhöhung wird dadurch erreicht, daß die Spannung am Photoleiter 4 nur kurzzeitig eingeschaltet wird.In the embodiment of Fig. 2 that is on a substrate ι ο i Inappropriate magneto-optical material 2, for example. B. the aforementioned iron garnet, initially provided with an electrode 3 permeable to light. On the electrode 3 there is a photoconductor 4, such as. B. cadmium sulfide, which is coated again with a transparent electrode 5 on its surface. To switch the magneto-optical material 2, the surface of the multilayer arrangement to be switched is now exposed by a deflectable laser beam 6. This makes the photoconductor 4 conductive at the exposed point. If a voltage is now applied to the transparent electrodes 3, 5, a current flows in the photoconductor 4, the strength of which depends on the radiated light power. It is assumed here that the resistance of the photoconductor 4 in the unilluminated state has such a high value that unilluminated zones remain non-conductive. Corresponding to the product current χ voltage, a power is converted in the photoconductor 4, which leads to the heating of the photoconductor at the illuminated point. In addition to switching with such a direct voltage source 7, an effective generation of heat loss in photoconductors is also possible with alternating voltage or high frequency voltage, especially if this stimulates resonance movements of the charge carriers released by light. This allows the ratio of electrical power to light power to be increased even further. The heat produced flows through thermal power into the adjacent area of the magneto-optical storage material, so that this is also heated. Through the applied voltage, the generated thermal energy can be adjusted in such a way that a sufficient temperature increase occurs in the storage material 2. A short-term increase in temperature is achieved in that the voltage on the photoconductor 4 is only switched on for a short time.
Die Energie zum Schalten des Speichermaterials 2 wird damit also aus der elektrischen Quelle bezogen, wobei das eingestrahlte Licht nur noch als Steuerparameter benutzt wird. Die beschriebene Anordnung verbindet also die Speicherfähigkeit des magnetooptischen Materials mit der bekanntermaßen hohen Lichtempfindlichkeit eines Photoleiters, so daß mit sehr geringer Lichtleistung Information eingeschrieben werden kann.The energy for switching the storage material 2 is thus drawn from the electrical source, whereby the incident light is only used as a control parameter. The arrangement described thus combines the storage capacity of the magneto-optical material with the well-known high one Photosensitivity of a photoconductor, so that information is written with a very low light output can.
Eine zweite Ausführungsform der Erfindung ist in F i g. 3 skizziert kammartigen ist das magnetooptische Material 2 mit einer kammerartigen Struktur von Elektroden 8, 9 beschichtet, die zur Zuführung der elektrischen Energie dienen. Der Abstand benachbarter Kammelemente 8', 9' sei kleiner als der Fokus-Durchmesser des Steuerstrahls. Der Photoleiter 4 ist adf diese Struktur aufgetragen. Wird der Photoleiter 4 belichtet, dann fließt im Bereich der beleuchteten Zone 10 ein Strom durch den Photoleiter 4 jeweils zwischen zwei benachbarten Elektroden der Kammstruktur, die an die beiden Pole der Spannungs- bzw. Stromquelle T angeschlossen siid. In gleicher Weise wie oben bereits beschrieben, wird dadurch eine lokale Erwärmung des magnetooptischen Materials 2 erreicht. Im Sinne der besprochenen Ausführungsbeispiele sind natürlich noch andere Elektrodenformen denkbar.A second embodiment of the invention is shown in FIG. 3 outlined in a comb-like manner, the magneto-optical material 2 is coated with a chamber-like structure of electrodes 8, 9 which serve to supply the electrical energy. The distance between adjacent comb elements 8 ', 9' is said to be smaller than the focus diameter of the control beam. The photoconductor 4 is applied to this structure. If the photoconductor 4 is exposed, a current flows through the photoconductor 4 in the area of the illuminated zone 10 between two adjacent electrodes of the comb structure which are connected to the two poles of the voltage or current source T. In the same way as already described above, local heating of the magneto-optical material 2 is thereby achieved. In terms of the exemplary embodiments discussed, other electrode shapes are of course also conceivable.
Um ein Auslesen der gespeicherten Information über •1en Faraday-Effekt in Transmission zu ermöglichen, muß der Photoleiter 4 einen Teil des eingestrahlten Lichts hindurchlassen. Bei Verwendung von nicht-transparenten Photoleitern kann der Magnetisierungszustand optisch in Reflexion erkannt werden. Sowohl teil-transparente wie nicht-transparente Photoleiter sind daher im Prinzip anwendbar.In order to enable the stored information about • the 1st Faraday effect in transmission to be read out, the photoconductor 4 must allow some of the incident light to pass through. When using non-transparent With photoconductors, the state of magnetization can be detected optically in reflection. As well as partially transparent and non-transparent photoconductors are therefore applicable in principle.
Außer Licht und Magnetfeld steht somit ein 3. Steuerparameter zur Verfugung, wodurch ein weiterer Freiheitsgrad, besonders hinsichtlich einer blockweisen optischen Adressierung gewonnen wird.In addition to light and magnetic field, there is a third control parameter available, which creates another Degree of freedom, especially with regard to a block-wise optical addressing is obtained.
Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings
Claims (6)
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Legal Events
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